«Кошки» в эксперименте Йельской группы на самом деле были запутанными субатомными частицами, связанными сверхпроводящим каналом.
Команда физиков из Йельского университета разделила кота Шредингера на два отдельных ящика - и проклятая штука уцелела.
Что ж, это было и не было одновременно, пока кто-то не заметил. Потом он либо жил, либо умер.
Добро пожаловать в квантовую физику, где правила видимого мира не действуют, а микроскопические частицы, кажется, действуют на своем собственном уровне.
Новое исследование из Йельского университета, опубликованной в журнале Science 27 мая, опирается на принцип суперпозиции, долго символизируемой кошке в 1935 мысленного эксперимента в австрийский физик Эрвин Шрёдингер. Один из наиболее известных скандалов в квантовой теории, этот принцип в основном гласит, что субатомные частицы находятся во всех возможных физических состояниях одновременно - в состоянии суперпозиции - до тех пор, пока кто-то не попытается их наблюдать. Они занимают только одно измеримое состояние (ориентация, местоположение, уровень энергии), когда кто-то пытается их наблюдать.
Так, например, электрон теоретически занимает все возможные места на своей орбитали, пока вы не попытаетесь его найти. Тогда это только в одном месте.
Кот без государства
Кошка была фарсовым представлением Шредингера о том, как суперпозиция будет выглядеть за пределами лаборатории. В своем знаменитом гипотетическом эксперименте он запечатал кошку в коробке, содержащей радиоактивную частицу и пузырек с ядовитым газом. Если частица распадется, пузырек разобьется, и кошка умрет; если бы этого не произошло, кошка выжила бы.
Иллюстрация мысленного эксперимента с кошкой Шредингера.
Шредингер указывал, что если бы эта частица была в состоянии суперпозиции, одновременно распадаясь и не распадаясь, пока никто не смотрел, кошка была бы и мертва, и жива, пока кто-нибудь не откроет коробку.
Шредингер на это не поверил. Однако он ошибался. В микроскопическом масштабе ненаблюдаемая материя каким-то образом может находиться в нескольких состояниях одновременно, и эта способность может быть ключом к квантовым вычислениям, обещающим скорость обработки, невообразимую по сегодняшним стандартам.
Обычный компьютерный бит может находиться в состоянии «1» или «0». Квантовый бит или кубит может одновременно находиться в обоих состояниях, известных как «состояние кошки», что позволяет ему выполнять несколько задач одновременно.
И если бы этот кубит с двумя состояниями был связан с другими кубитами с двумя состояниями, чтобы любое действие, выполняемое одним из них, мгновенно запускало действие в другом - состояние запутанности, - они могли бы выполнять несколько задач одновременно, как единое целое.
Ученые говорили о таких «двухрежимных состояниях кошки» более 20 лет, но до сих пор никто не достиг этого.
«Многие нелепые сценарии в принципе возможны теоретически, пока мы [не найдем] намеков на ограничения квантовой механики, и всегда интересно увидеть, что мы на самом деле можем сделать в лаборатории», - говорит доктор Чен Ван, научный сотрудник отделения Йельского университета. прикладной физики и физики и ведущий автор исследования.
Два государства, два места
В этом случае Ван и его коллеги захватили фотоны микроволнового света, мельчайшие компоненты электромагнитных полей, в двух отдельных микроволновых камерах, связанных сверхпроводящим каналом. Последовательность импульсов энергии переводит оба поля в состояние суперпозиции, колеблясь в двух противоположных направлениях одновременно.
«Состояние кота для микроволнового резонатора очень похоже на гитарную струну, вибрирующую одновременно в двух противоположных направлениях», - пишет Ван в электронном письме.
«Двухрежимное состояние кошки, - говорит он, - похоже на две гитарные струны, каждая из которых вибрирует двумя способами одновременно, но синхронно друг с другом».
Вот здесь и появляется сверхпроводящий канал. Поскольку камеры были связаны, разделенные фотоны могли взаимодействовать. Таким образом, они запутались, что описывается Физикой Вселенной как состояние, в котором «частицы, которые взаимодействуют друг с другом, становятся постоянно коррелированными или зависимыми от состояний и свойств друг друга до такой степени, что они фактически теряют свою индивидуальность и во многих отношениях ведут себя. как единое целое".
Когда исследователи отключили канал, поля по-прежнему вели себя так, как будто они были связаны. Любые изменения, внесенные в одну камеру, вызывали одновременные изменения в другой камере, хотя физически они больше не были связаны.
Квантовое будущее
Исследование впервые показывает жизнеспособность двухрежимного состояния кошки, в котором одно состояние суперпозиции существует одновременно в двух разных местах.
«Это доказывает, что наша квантовая технология продвинулась до такой степени, что мы можем создать такое состояние кошки с большим количеством частиц множества разновидностей», - говорит Ван.
Квантовая теория, похоже, становится менее теоретической.
«Парадокс кота Шредингера не только больше не кажется физикам абсурдным», - говорит Ван, но и «даже более экзотические квантовые состояния становятся обычным явлением и достижимы».
Следующим на повестке дня команды является «реализация исправления ошибок в квантовом логическом вентиле между двумя квантовыми битами».
Теперь это смущает
В 1930-х годах Альберт Эйнштейн отверг теорию квантовой запутанности. Он не только ошибся, но и ввел в заблуждение поколения ученых о природе этого явления.
